JP2016115619A - 電池監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のマイコンにより重複して状態検出手段からの検出信号を受信する場合に、コスト上昇を抑制する電池監視システムを提供する。【解決手段】電池セルＣ１〜Ｃ６４又は接続される複数の電池セルを含んで構成される複数の蓄電部と、各蓄電部の状態を検出する複数の状態検出部２１〜２４と、状態検出部と１対１の通信線で接続され、状態検出部から受信する検出信号を記憶すると共に、記憶された検出信号に対応する第１のデータに基づき蓄電部の状態を監視する第１のマイコン３１と、１本の通信線で接続するマルチプレクサを経由して状態検出部と接続され、状態検出部から受信する検出信号に対応する第２のデータを第１のマイコンに送信する第２のマイコン３２を備える。第１のマイコンは、第１のデータと第２のデータの比較に基づき、第１のデータの異常を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、組電池内の複数の蓄電部（電池セル又は接続される複数の電池セルで構成される電池モジュール等）の状態（電圧、電流、充電状態等）を監視する電池監視システムに関する。

従来、組電池内の各電池セルや（接続される複数の電池セルで構成される）各電池モジュール等の各蓄電部の状態（電圧、電流、充電状態等）を監視する組電池の監視装置が知られている（例えば、特許文献１）。

このような監視装置では、状態検出手段（電圧検出用ＩＣ等）により検出される各蓄電部の電圧、電流等の検出信号に基づき、監視手段としてのマイコンが各蓄電部の状態を監視する場合が多い。

特開２０１３−１６２６３５号公報

ところで、監視手段としてのメインマイコンに加えて、サブマイコンを追加し状態検出手段から重複して検出信号を受信する場合がある。これにより、監視手段としてのメインマイコンが記憶する検出信号に対応するデータと、追加されるサブマイコンが受信する検出信号に対応するデータの比較で、メインマイコンのデータの異常を検出することが可能となり、メインマイコンが電池監視に用いるデータの信頼性が高まる。

しかしながら、例えば、メインマイコンが複数の状態検出手段と１対１で通信可能に接続される態様を有する場合に、サブマイコンにも同様の態様を採用すると、サブマイコンは、複数の状態検出手段のそれぞれに対応する通信機能を設ける必要がある。即ち、サブマイコンにおける通信機能のための回路規模が大きくなり、結果として、コストの増大を招くおそれがある。

そこで、上記問題に鑑み、複数のマイコンにより重複して状態検出手段からの検出信号を受信する場合に、マイコンを複数設けることによるコスト上昇を抑制することが可能な電池監視システムを提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、一実施形態において、電池監視システムは、
電池セル又は接続される複数の電池セルを含んで構成される複数の蓄電部と、
各前記複数の蓄電部の状態又は状態に関連する物理量を検出する複数の状態検出部と、
各前記複数の状態検出部と１対１の通信線で通信可能に接続される第１のマイコンであって、各前記複数の状態検出部から受信する検出信号を記憶すると共に、記憶された前記検出信号に対応する第１のデータに基づき前記複数の蓄電部の状態を監視する第１のマイコンと、
１本の通信線で接続するマルチプレクサを経由して各前記複数の状態検出部と通信可能に接続される第２のマイコンであって、前記複数の状態検出部から受信する検出信号に対応する第２のデータを前記第１のマイコンに送信する第２のマイコンを備え、
前記第１のマイコンは、
前記第１のデータと前記第２のデータの比較に基づき、前記第１のデータの異常を検出する。

上記実施形態により、複数のマイコンにより重複して状態検出手段からの検出信号を受信する場合に、マイコンを複数設けることによるコスト上昇を抑制することが可能な電池監視システムを提供することができる。

本実施形態に係る電池監視システムの構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態に係る電池監視システム（メインマイコン、サブマイコン）による異常判定処理の一例を概念的に示すフローチャートである。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る電池監視システム１の構成の一例を示すブロック図である。

電池監視システム１は、例えば、組電池１０からの電力により駆動用の電動機を駆動して走行する電動車両（ハイブリッド車、レンジエクステンダー車、電動機のみを動力源とする電気自動車等）に搭載され、組電池１０の状態を監視する。

電池監視システム１は、組電池１０、電圧検出部２０、電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０を含む。

組電池１０は、例えば、外部電源からの電力や当該車両に搭載される発電機（回生発電時の電動機を含む）で発電される電力を蓄電する蓄電手段であると共に、当該車両を駆動する電動機（不図示）に電力を供給する電力供給手段である。

組電池１０は、６４個の電池セルＣ１〜Ｃ６４を含んで構成される。

電池セルＣ１〜Ｃ６４は、例えば、リチウムイオン電池の単位セルであってよい。電池セルＣ１〜Ｃ６４は、全て直列接続され、電池セルＣ１の正極から延設される正極端子Ｖ＋、及び電池セルＣ６４の負極から延設される負極端子Ｖ−の間で、組電池１０全体としての出力電圧（例えば、約３００Ｖ）を取り出すことができる。組電池１０の出力電圧は、インバータやコンバータ等を介して当該車両を駆動する電動機に供給される。

なお、電池セルＣ１〜Ｃ６４は、充放電可能な蓄電部であれば、如何なる構成であってもよく、例えば、他の二次電池（ニッケル水素電池等）やキャパシタ等であってもよい。また、組電池１０に含まれる電池セルの個数（６４個）は例示であり、例えば、当該車両を駆動する電動機が必要とする出力電圧等に応じて、適宜設定されてよい。また、電池セルＣ１〜Ｃ６４は、直列接続されているが、並列接続（例えば、２並列３２直列配置等）であってもよい。

電圧検出部２０は、組電池１０に含まれる各電池セルＣ１〜Ｃ６４の状態（充電状態、劣化状態等）又は状態に関連する物理量（電圧、電流、温度等）を検出する状態検出手段の一例であり、具体的には、組電池１０の電圧を検出する。電圧検出部２０は、電圧検出回路２１〜２４を含んで構成される。

電圧検出回路２１、２２、２３、及び２４は、それぞれ、電池セルＣ１〜Ｃ１６、電池セルＣ１７〜Ｃ３２、電池セルＣ３３〜Ｃ４８、及び電池セルＣ４９〜Ｃ６４を電圧検出の対象とする電圧検出手段である。電圧検出回路２１、２２、２３、及び２４は、それぞれ、監視ＩＣ２１ａ〜２１ｄ、監視ＩＣ２２ａ〜２２ｄ、監視ＩＣ２３ａ〜２３ｄ、及び監視ＩＣ２４ａ〜２４ｄを含む。以下、監視ＩＣ２１ａ〜２１ｄ、監視ＩＣ２２ａ〜２２ｄ、監視ＩＣ２３ａ〜２３ｄ、及び監視ＩＣ２４ａ〜２４ｄを総称して「各監視ＩＣ」と称する。

なお、図１では、簡単のため、監視ＩＣ２１ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２ｃ、２３ｂ、２３ｃ、２４ｂ、２４ｃの図示が省略されている。

各監視ＩＣは、４個の電池セルの電圧検出を行う。具体的には、電池セルＣ１〜Ｃ６４に対して、監視ＩＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、及び２４ｄの順に４個ずつの電池セルが電圧検出の対象として割り当てられる。

各監視ＩＣは、自らが電圧検出の対象とする電池セルの電圧に対応する信号（検出信号）を電池ＥＣＵ３０に出力する。具体的に説明すると、監視ＩＣ２１ａ〜２１ｄ、監視ＩＣ２２ａ〜２２ｄ、監視ＩＣ２３ａ〜２３ｄ、及び監視ＩＣ２４ａ〜２４ｄと電池ＥＣＵ３０は、デイジーチェーン接続される。即ち、検出される各電池セルＣ１〜Ｃ６４の電圧に対応する信号（検出信号）は、監視ＩＣ２１ｄ（電圧検出回路２１）、監視ＩＣ２２ｄ（電圧検出回路２２）、監視ＩＣ２３ｄ（電圧検出回路２３）、及び監視ＩＣ２４ｄ（電圧検出回路２４）から電池ＥＣＵ３０に出力される。

なお、各監視ＩＣは、例えば、４個以上のＡＤコンバータを含み、各ＡＤコンバータが基準電圧を用いて、入力される各電池セルの電圧（に対応するアナログ信号）を当該電圧に対応するデジタル信号に変換し、電池ＥＣＵ３０に出力する態様であってよい。

電池ＥＣＵ３０は、電圧検出回路２１〜２４から受信する各電池セルＣ１〜Ｃ６４の電圧に基づき、各電池セルＣ１〜Ｃ６４の状態を監視する制御処理を実行する電子制御ユニットである。電池ＥＣＵ３０は、汎用のマイコンであるメインマイコン３１及びサブマイコン３２とマルチプレクサ３３等を含んで構成される。

メインマイコン３１は、電圧検出回路２１〜２４から受信する検出信号（各電池セルＣ１〜Ｃ６４の電圧）に基づき、各電池セルＣ１〜Ｃ６４の状態を監視する監視手段である。メインマイコン３１は、ＲＯＭに格納される各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより後述する制御処理を実行する。

メインマイコン３１は、上述の如く、監視ＩＣ２１ａ〜２１ｄ、監視ＩＣ２２ａ〜２２ｄ、監視ＩＣ２３ａ〜２３ｄ、及び監視ＩＣ２４ａ〜２４ｄのそれぞれとデイジーチェーン接続される。即ち、メインマイコン３１は、電圧検出回路２１、２２、２３、及び２４と、通信線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４を介して、１対１で通信可能に接続される。メインマイコン３１は、電圧検出回路２１〜２４に含まれる各監視ＩＣに対して、定期的に各監視ＩＣの検出信号等の情報の送信を要求するコマンドを送信し、当該コマンドに応じて、各監視ＩＣが検出信号等の要求された情報を送信する。以下、メインマイコン３１と電圧検出回路２１〜２４（に含まれる各監視ＩＣ）との間で行われる当該通信を「定期通信」と称する。

メインマイコン３１は、電圧検出回路２１〜２４から通信線Ｌ１〜Ｌ４を介して送信される検出信号に基づき、電池セルＣ１〜Ｃ６４の状態を監視する。より具体的には、電圧検出回路２１〜２４から送信される電池セルＣ１〜Ｃ６４の電圧に対応する検出信号を受信し、内部メモリ等に記憶すると共に、記憶された状態の当該検出信号に対応するデータ（第１のデータ）に基づき、電池セルＣ１〜Ｃ６４の状態を監視する。例えば、電圧検出回路２１〜２４から受信する各電池セルＣ１〜Ｃ６４の電圧が所定範囲（所定の上限値と所定の下限値の間）にあるか否かにより電池セルＣ１〜Ｃ６４の充電状態を監視してよい。そして、各電池セルＣ１〜Ｃ６４のうち、何れかが上限値を超えると過充電と判断し、下限値を下回ると過放電と判断し、上位のＥＣＵ（例えば、当該車両の発電機、電動機等による組電池１０の充放電を制御するＥＣＵ）を介して、電池セルＣ１〜Ｃ６４の充放電を制御してよい。具体的には、過充電の場合、電池セルＣ１〜Ｃ６４の充電を抑制（禁止）し、放電を促進する制御を行い、過放電の場合、電池セルＣ１〜Ｃ６４の充電を促進し、放電を抑制（禁止）する制御を実行してよい。

また、メインマイコン３１は、サブマイコン３２と協働して（サブマイコン３２を制御しながら）、自身が記憶する電圧検出回路２１〜２４から送信された検出信号に対応するデータ（第１のデータ）の異常の有無を判定する処理（異常判定処理）を実行する。当該異常判定処理の詳細については、後述する。

サブマイコン３２は、メインマイコン３１との定期通信により電圧検出回路２１〜２４から送信される各電池セルＣ１〜Ｃ６４の電圧に対応する検出信号を重複して受信する。サブマイコン３２は、ＲＯＭに格納される各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより後述する制御処理を実行する。

サブマイコン３２は、通信線Ｌ１０により１対１で接続するマルチプレクサ３３を経由して電圧検出回路２１〜２４と通信可能に接続される。具体的には、通信線Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれから分岐する通信線Ｌ５〜Ｌ８により電圧検出回路２１〜２４とマルチプレクサ３３が接続され、マルチプレクサ３３により選択される電圧検出回路２１〜２４の何れかと通信することができる。即ち、サブマイコン３２は、マルチプレクサ３３により順次接続される対象（電圧検出回路２１〜２４の何れか）が切り替えられることで、順次、電圧検出回路２１〜２４から電池セルＣ１〜Ｃ６４の電圧に対応する検出信号等を受信することができる。

また、サブマイコン３２は、メインマイコン３１からの要求に応じて、電圧検出回路２１〜２４の何れかから受信する検出信号等に対応するデータ（第２のデータ）をメインマイコン３１に送信する。

マルチプレクサ３３は、通信線Ｌ５〜Ｌ８を介して接続される電圧検出回路２１〜２４から入力される複数の検出信号を選択して、通信線Ｌ１０を介してサブマイコン３２に出力する選択出力手段である。マルチプレクサ３３は、メインマイコン３１からの制御指令に応じて、電圧検出回路２１〜２４からの検出信号の中からサブマイコン３２に出力する検出信号を選択して出力する。即ち、メインマイコン３１は、マルチプレクサ３３の入力を切り替えることで、サブマイコン３２に接続される電圧検出回路２１〜２４の何れかを切り替えることができる。

また、マルチプレクサ３３は、通信線Ｌ５〜Ｌ８の他、接地（ＧＮＤ接続）される通信線を入力として選択可能に構成される。メインマイコン３１からマルチプレクサ３３への制御指令により、マルチプレクサ３３の入力がＧＮＤ接続に切り替えられると、サブマイコン３２と電圧検出回路２１〜２４の通信が遮断（禁止）される。

次に、電池ＥＣＵ３０（メインマイコン３１、サブマイコン３２）による上述した異常判定処理の詳細について説明をする。

図２は、電池ＥＣＵ３０（メインマイコン３１、サブマイコン３２）による異常判定処理の一例を概念的に示すフローチャートである。当該フローチャートは、当該車両がイグニッションオン（ＩＧ−ＯＮ）された場合やメインマイコン３１がリセットされた場合等に実行開始される。

ステップＳ１０１にて、メインマイコン３１は、マルチプレクサ３３の入力をＧＮＤ（グランド）接続に切り替える。

ステップＳ１０２にて、メインマイコン３１は、デイジーチェーン接続される各監視ＩＣのアドレス学習の処理を実行する。具体的には、アドレス学習コマンドを各電圧検出回路２１〜２４に送信し、当該アドレス学習コマンドに応じて、各監視ＩＣが自らのアドレスに対応する信号をメインマイコン３１に送信する。そして、メインマイコン３１は、当該信号を受信することにより各監視ＩＣのアドレスを学習する。

ステップＳ１０３にて、メインマイコン３１は、通信線Ｌ１１を通じて制御指令を送信し、マルチプレクサ３３の入力の接続先を切り替える。例えば、初回の本ステップでは、マルチプレクサ３３の入力の接続先をＧＮＤから電圧検出回路２１に切り替える。そして、以降、当該ステップの処理の度に、マルチプレクサ３３の入力の接続先を、電圧検出回路２１→電圧検出回路２２→電圧検出回路２３→電圧検出回路２４→電圧検出回路２１・・・のように順次切り替えていく。これにより、サブマイコン３２は、順次、電圧検出回路２１〜２４から送信される検出信号を受信することが可能となる。

なお、ステップＳ１０３の処理と並行して、メインマイコン３１は、通信線Ｌ１２を通じてサブマイコン３２にマルチプレクサ３３の接続先（サブマイコン３２の接続先が電圧検出回路２１〜２４の何れか）を通知する処理を実行する。

ステップＳ１０４にて、メインマイコン３１は、電圧検出回路２１〜２４（各監視ＩＣ）との定期通信を行う。具体的には、上述の如く、検出信号等の情報の送信を要求するコマンドを送信し、当該コマンドに応じて、各監視ＩＣから送信される検出信号等を受信する処理を実行する。

ステップＳ１０５にて、サブマイコン３２は、ステップＳ１０３におけるメインマイコン３１の処理により指定される接続先（電圧検出回路２１〜２４の何れか）から送信される検出信号等を受信する処理を実行する。

なお、ステップＳ１０５は、メインマイコン３１による定期通信の処理（ステップＳ１０４）に応じて、サブマイコン３２が電圧検出回路２１〜２４の何れかから送信される検出信号等を受信する処理であり、ステップＳ１０４の処理と一部又は全部が並行処理される。

ステップＳ１０６にて、サブマイコン３２は、通信線Ｌ１３（例えば、ＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）による通信を行う通信線）を通じて、メインマイコン３１にステップＳ１０５で受信した検出信号等に対応するデータを送信する。

ステップＳ１０７にて、メインマイコン３１は、自身の内部メモリに記憶された状態の検出信号に対応するデータ（第１のデータ）と、ステップＳ１０６でサブマイコン３２から送信される検出信号に対応するデータ（第２のデータ）とを比較する。具体的には、自身の内部メモリの検出信号に対応するデータ（ステップＳ１０３でメインマイコン３１が指定した接続先に対応するデータ）と、サブマイコン３２から送信される検出信号に対応するデータが一致するか否かを判定する。メインマイコン３１は、一致する場合、ステップＳ１０９に進み、一致しない場合、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８にて、メインマイコン３１は、電池監視に用いるデータ（自らが受信し内部のメモリに記憶する検出信号等に対応するデータ）に異常があると判断し、異常処理（例外処理）を実行する。例えば、メインマイコン３１は、上位のＥＣＵに対して、データ異常がある旨の通知を行う。

なお、メインマイコン３１からの通知を受けた上位のＥＣＵは、電池監視に異常が発生した旨のインジケータを、例えば、当該車両の車室内に設けられるメータ内に表示させると共に、所定の退避走行モードに移行する処理を実行してよい。即ち、電池監視に用いるデータに異常が発生すると、適切な電池監視が実行できないため、通常どおりに組電池１０の充放電を実行すると、電池セルＣ１〜Ｃ６４の過充電や過放電等を招くおそれがある。そのため、上位のＥＣＵは、組電池１０の充放電を禁止（例えば、ハイブリッド車にて、エンジンのみでの走行を実行）したり、又は、抑制（例えば、電動機の出力を制限）したり等してよい。

ステップＳ１０９にて、メインマイコン３１は、電圧検出回路２１〜２４（各監視ＩＣ）との定期通信を終了するか否かを判定する。具体的には、当該車両のＩＧ−ＯＦＦ等により定期通信を終了するか否かを判定する。メインマイコン３１は、定期通信を終了する場合、ステップＳ１１０に進み、定期通信を終了しない場合、ステップＳ１０３に戻り、定期通信が継続する限り、ステップＳ１０３〜Ｓ１０９の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１１０にて、メインマイコン３１は、マルチプレクサ３３の入力をＧＮＤ（グランド）接続に切り替えて、今回の処理を終了する。

このように、本実施形態に係る電池監視システム１は、メインマイコン３１に加えて、サブマイコン３２を設け、双方により、電圧検出回路２１〜２４から送信される検出信号等を受信する構成を有する。そのため、電池監視に用いるデータの信頼性を向上させることができる。即ち、電池監視に用いられるメインマイコン３１が受信し記憶する検出信号に対応するデータ（第１のデータ）は、メインマイコン３１の内部メモリ等に故障等があると、電圧検出回路２１〜２４による検出信号とは異なるデータになっているおそれがある。そこで、メインマイコン３１が受信し記憶する検出信号に対応するデータと、サブマイコン３２が受信しメインマイコン３１に送信する検出信号に対応するデータを比較することにより、電池監視に用いるデータ（第１のデータ）の異常の有無を判定することができる。そのため、電池監視に用いるデータの信頼性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る電池監視システム１は、メインマイコン３１に比して、追加するサブマイコン３２の通信機能を簡素化している。具体的には、サブマイコン３２における複数の電圧検出回路２１〜２４との通信は、マルチプレクサ３３と接続される１系統（通信線Ｌ１０）で行われる構成である。そのため、１対１の通信線で複数の電圧検出回路２１〜２４との通信を行うメインマイコン３１のような構成に対して、通信機能を簡素化することが可能となり、サブマイコン３２のコスト上昇を抑制することができる。即ち、マイコンを追加することによるコスト上昇を抑制することができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上述した実施形態に係る電池監視システム１の技術は、車載以外の蓄電部（例えば、定置用の蓄電装置内の電池セル等）の電池監視に適用されてもよい。

１ 電池監視システム
１０ 組電池
２０ 電圧検出部
２１〜２４ 電圧検出回路（状態検出部）
２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４ｄ 監視ＩＣ
３０ 電池ＥＣＵ
３１ メインマイコン（第１のマイコン）
３２ サブマイコン（第２のマイコン）
３３ マルチプレクサ
Ｃ１〜Ｃ６４ 電池セル（蓄電部）

Claims (1)

1. 電池セル又は接続される複数の電池セルを含んで構成される複数の蓄電部と、
   各前記複数の蓄電部の状態又は状態に関連する物理量を検出する複数の状態検出部と、
   各前記複数の状態検出部と１対１の通信線で通信可能に接続される第１のマイコンであって、各前記複数の状態検出部から受信する検出信号を記憶すると共に、記憶された前記検出信号に対応する第１のデータに基づき前記複数の蓄電部の状態を監視する第１のマイコンと、
   １本の通信線で接続するマルチプレクサを経由して各前記複数の状態検出部と通信可能に接続される第２のマイコンであって、前記複数の状態検出部から受信する検出信号に対応する第２のデータを前記第１のマイコンに送信する第２のマイコンを備え、
   前記第１のマイコンは、
   前記第１のデータと前記第２のデータの比較に基づき、前記第１のデータの異常を検出する、
   電池監視システム。

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